基本介紹
器物介紹,工作原理,與波瑞利彗星,與小行星,任務結束,背後故事,
器物介紹
深空一號是世界上第一艘由電腦導航，並由科幻家們構想的離子發動機推動，且能夠獨立思考。這種離子發動機是利用電子撞擊氙氣的原子而產生動力。比傳統的火箭發動機省下十倍的燃料，推進效率更高，體積更小。 這個重約一千磅、長2．5米的小型宇宙飛船，具有自動駕駛的功能，可以自行拍攝星際空間，並作出方位的判斷。這艘宇宙飛船的命名是出自美國科幻片“星球大戰”。科學家們花了30年時間才研製完成。美國於1994年提出“新盛世”計畫，任務是確定開發和驗證先進技術，以減少21世紀太空科學研究任務的成本，並確保先進技術的關鍵性能滿足空間探測的要求。美國發射的深空1號是“新盛世”計畫中的第一個探測器。
深空1號
深空1號工作原理
這艘飛船最引人注目的是它如何在宇宙中從一個區域到達另一個區域。具體說來，深空一號在由普通火箭發射升空以後，推動其穿越太空的發動機把電子射入氙氣的原子中，把每個原子剝去一個電子，從而使原子帶電——使其離子化。離子通過電場被加速，再由推進器以每小時10.46萬公里的速度發射出來。儘管能達到這樣的速度，但是粒子產生的推力極小，幾乎只相當於一張紙的重量。但是，連續不斷的推動能使深空一號的時速每天提高25至32 公里。科學家們說，按照這個速度增加，每3天就能提高97公里。如果連續300天增加推力，就能把時速提高到9700公里。深空一號將只攜帶82公斤氙氣燃料，大約是常規宇宙飛船所需燃料的 1/10。推進器和其它設備所需的電力由一種新型太陽能電池板生產。電池板上帶有720面鏡片，把陽光聚集到太陽能電池中。它的導航系統也是一項創新技術。飛船通過掃描星體和小行星，將知道自己所在的確切位置，甚至有可能在飛往小行星的過程中自行完成機動動作。深空一號預定要在1992KD上空10公里飛過，還能把飛行高度降低到5公里。 科學家們說，深空一號採用的離子推進和自行導航“如同讓一輛汽車從洛杉磯自行駛往華盛頓，併到達預定地點。”如果不出問題，深空一號將有足夠的燃料和導航能力於2001年1月飛往威爾遜—哈林彗星，並將於2001年晚些時候飛往博雷利彗星。
與波瑞利彗星
2001年9月22日，深空一號探測器從距波瑞利彗星僅僅2200千米處飛過，對其進行“觀察、體驗、感受”並成功地拍攝到了數十張波瑞利彗核的圖片，這是迄今為止人類第二次領略到這種由星際塵埃和冰構成的神秘天體的核心部分。波瑞利彗星的彗發和彗尾部分的體積幾乎與地球相等，但是它的彗核卻僅有8千米長、4千米寬。該彗星軌道運行周期為7年，一周前，它進入了近日軌道。在22日的運行中，由於太陽的加熱作用，它的狀態顯得尤為活躍，從彗核上“甩”出的物質將成為科學家研究彗星物質組成的重要線索。
與小行星
美國航宇局的深空1號探測器7月28日從一顆小行星旁邊飛過，從而完成了它的所有飛行目標。但由於 可見光相機位置不當，飛越過程中沒有拍到該小行星的可見光照片。
此次飛越小行星之舉進行得並不一帆風順。離從最近點通過還差17個小時時，星上的飛行計算機由於軟體中有一個變數超出範圍而進行了重新引導，並開始等待地面指令。地面技術人員經過一番艱苦努力，才使星上靈敏的各種儀器重新啟動。到與小行星相會前7.5個小時，正常指令程式才得以恢復。由於錯過了預定的相會前12小時進行自主軌道修正機動的機會，技術人員只好又用3幅相會前18小時拍攝的導航圖像重新設計在相會前6小時進行這一機動，並在發動機點火前4分鐘把機動程式和指令送到了探測器上。
這次飛越的小行星原來的編號為1992KD，更名為9969號布雷爾。它的尺寸為1～5公里，處在一條與黃道面呈29度角的橢圓形運行軌道上，近日點為1.3個天文單位（1.98億公里），遠日點為3.4個天文單位。從紅外成像裝置拍到的圖像看，布雷爾看上去與個頭較大的灶神星小行星有些相像。灶神星的表面為玄武岩。科學家認為布雷爾有可能是從灶神星分裂出去的。飛越時深空1號和布雷爾與太陽的距離為1.995億公里，兩者的相對速度為15.5 公里/秒。為了這次相會，低推力離子發動機累計點火工作了1800多個小時，但仍留下了86%的推進劑，足以再使速度變化約4.6公里/秒。
深空1號利用自主導航系統並通過星上相機對布雷爾進行光學跟蹤，並沿著距目標最近15公里的飛越路線飛行。布雷爾最先被探測到的時間是飛越前1.5天；由於它非常暗弱，星上軟體無法識別，所以是在地面上對相機的圖像進行分析後才找到它的。自主導航系統探測到目標的時間是飛越前18小時，比原定時間要晚，原因是布雷爾比預想的要暗弱，而星上相機又沒有預想的那么靈敏。正常情況下，技術人員估計光學導航系統所能達到的相對於該小行星的軌道精度為3公里（1σ），但由於圖片資料較少，實際精度可能沒有達到這一水平。但據信實際精度仍比以往的所有探測器都高。
遙測數據表明自主導航系統最後一次探測到布雷爾的時間是飛越前75分鐘。飛越前28分鐘時由CMOS可見光相機拍攝的下一幅照片中就沒有了布雷爾的身影。此後拍攝的23張可見光照片上也沒有發現它。飛越後，深空1號用15分鐘的時間進行了一次180度的複雜的轉彎，以對布雷爾的背面進行拍照。
任務結束
深空1號於2001年12月18日結束了它為期3年的使命。地面控制專家向這隻宇宙飛船發出關閉它的離子發動機和其他系統的指令。 “深空1號”試驗了10多項宇宙飛船的前沿技術，其中包括一個新型的離子發動機，並且在NASA推進實驗室的控制下對一個小行星和一個彗星進行了拍照。“深空1號”的核心繫統能夠使它的太陽能電池板對準太陽，從而保持給電池充電，並且能夠自動控制溫度、監測自身系統的工作情況，在必要時可以採取一些糾錯行動。“深空1號”的無線電發射機雖然關了，但是它的接收機仍然開著，在它的電池耗盡之前，NASA仍然可以再次同它進行聯繫，只是這種可能性很小。再過3～12個月，“深空1號”探測器上的肼燃料將會用完，這種燃料主要用來使它的太陽能電池板對準太陽。燃料耗完之後，“深空1號”將在太陽引力的作用下繞太陽旋轉。
背後故事
在研製和發射宇宙飛船深空一號的過程中，有許多華人科學家付出了心血與結晶。深空一號是美國南加州巴沙迪納噴氣動力實驗室設計製造的。在這個實驗室擔任研究工作的華人科學家劉登凱、譚國華、鐘傑斐和梁慶豐等人，過去幾個月來共同完成深空一號電腦結構的設計與安裝工作。
許多國家的新聞媒體應邀在噴氣動力實驗室里觀看了從佛羅里達州卡納維拉爾角發射升空的深空一號，後來發現，該飛船升空後有關的遙控指令，都是由這些華人科學家在位於洛杉磯市北郊的這個實驗室發出的。
第一個對深空一號電腦發出操作指令的劉登凱說，深空一號計畫包含12項前所未有的太空新技術，這些技術對下一世紀的太空探測具有絕對的影響。劉登凱目前擔任實驗室航空電子部門經理。
